KR100397845B1 - 탄성루프형 궤도를 이용한 장 내 주행장치 - Google Patents

Abstract

좁고 긴 관 내를 주행하면서 관 내의 상태를 검사 진단하기 위한 주행장치에 관한 것으로, 특히 탄성루프형 궤도를 이용하여 신체의 장(intestine) 같은 유연한 관 내에서 이동이 가능하도록 한 주행장치에 관한 것으로, 관(1) 내에 삽입가능한 적당한 크기를 갖는 동체(10)와; 상기 동체(10)에 방사형으로 배치되고, 탄성력을 가지며 관(1) 내벽과 적당한 마찰을 가지는 복수개의 탄성궤도(12)와; 상기 탄성궤도(12)를 구동시키기 위해 상기 동체(10)에 탑재된 구동수단을 포함한 것을 특징으로 한다.

Description

탄성루프형 궤도를 이용한 장 내 주행장치{Flexible loop wheel mechanism for intestine movement}

본 발명은 내시경 검사 시스템에 적용할 수 있는 것으로, 좁고 긴 관 내를 주행하면서 관 내의 상태를 검사 진단하기 위한 주행장치에 관한 것으로, 특히 탄성루프형 궤도를 이용하여 신체의 장(intestine) 같은 유연한 관 내에서 이동이 가능하도록 한 주행장치에 관한 것이다.

일반적인 기계시스템이나 대형 구조물에서 물이나 공기 등 유체의 흐름을 유도하기 위하여 다양한 형태의 관(pipe)을 필요로 한다. 시스템이 복잡해 질수록 그 직경이 점점 작아지며 경우에 따라서는 유연한 재료를 이용하여 관을 만들기도 한다. 이러한 상황에서 관 내부에서 발생하는 균열과 같은 문제점들을 진단하는 로봇의 필요성이 점점 증대되고 있다.

한편, 의료분야에 있어서도 질병의 치료 못지않게 정확한 진단도 꼭 필요한 요소이다. 인체의 장 내 검사를 위한 내시경 시스템의 경우 아직까지 장 내에서 자유로운 이동을 수행할 수 있는 로봇 시스템의 개발과 상용화가 이루어지지 않아 외부에서 삽입하는 형태의 내시경을 이용한다.

내시경의 삽입에서 무리한 힘을 가하는 경우 때때로 장 내벽의 손상을 가져올 수 있으며 진단하는 동안 환자의 불쾌감을 없앨 수 없다. 이러한 상황에서 다양한 형태의 관 내부에서 자유로운 이동이 가능한 로봇 시스템의 개발에 대한 요구가 점차 증대되고 있다.

실제로 인체의 장내부는 그 외형이 상당히 유연할 뿐만 아니라 내벽이 서로 흡착되어 있다. 따라서 검사용 로봇이 삽입되는 경우에 공기를 불어넣지 않으면 로봇 외벽에 흡착되어 로봇의 이동을 방해하며 심한 경우에는 외벽이 로봇 구동부의 음직임을 방해할 수 있다. 그렇기 때문에 그 구동부는 외부와 가능한 차단되며 동시에 확실하게 운동을 전달하여 구동할 수 있는 구동기의 개발이 필요하다.

일반적인 관 내 주행 방식은, 바퀴구동(wheel type), 다리 구동(legged mobile type), 인치웜 구동(inchworm type), 충격방식구동(impact type) 등을 들 수 있다.

장 내 이동을 위해서는 이러한 방법을 포함하여 다양한 메카니즘에 대한 고려가 필요하다.

바퀴구동의 경우 관 내벽과 바퀴가 맞닿는 국소 영역에서 일정한 값 이상의 마찰력이 존재하여야 하며 관 내부의 직경 변화에 능동적으로 대처하기 힘들다. 또한 장 내부에서 구동하는 경우 내벽이 구동기 몸체에 흡착되어 움직임을 방해할 수 있다.

다리구동의 경우에는 추진력을 얻기 위하여 관 내벽을 지지하여 밀어내는 방법을 사용하기 때문에 지지력을 받는 내벽이 단단하지 못할 경우에는 그 이동 성능에 큰 문제점이 발생한다. 또한 다리의 각 요소를 별도로 제어해야 하는 어려움이 있다.

인치웜구동의 경우에는 최근 자가 구동형 내시경 시스템의 개발에 많이 쓰이는 방법이기는 하나 아직까지 그 길이를 줄이는데 많은 어려움이 있다. 또한 장내벽이 매끄럽고 유연하여 확실한 지지력을 얻기 힘들고, 장이 반경 방향뿐 아니라 길이방향으로도 변형이 일어나므로 단단한 관 내에서와 같은 이동성능을 기대하기 힘들다.

충격방식 구동은 내벽의 마찰조건에 따라 그 이동성능이 크게 좌우되기 때문에 균일하지 못한 관 내에서는 일정한 이동성능을 보여줄 수 없다.

따라서 본 발명은 유연한 내벽을 가지는 장 내에서 내벽의 흡착력을 이기고 주행하는 능력이 뛰어나고, 이동 제어가 용이하며, 확실한 지지력을 얻으면서 이동하기에 적합토록 개발된 탄성루프형 궤도를 이용한 장 내 주행장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은,

관(1) 내에 삽입가능한 적당한 크기를 갖는 동체(10)와;

상기 동체(10)에 방사형으로 배치되고, 탄성력을 가지며 관(1) 내벽과 적당한 마찰을 가지는 복수개의 탄성궤도(12)와;

상기 탄성궤도(12)를 구동시키기 위해 상기 동체(10)에 탑재된 구동수단을 포함한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 주행장치의 구동수단은,

상기 동체(10)에 탑재된 하나의 구동모터(14)와;

상기 구동모터(14)의 회전축에 축설된 웜기어(16)와;

상기 웜기어(16)의 치형과 이물림되도록 상기 탄성궤도(12)의 표면에 길이방향에 대해 일정 피치마다 일정한 각도로 배열된 치형(12a)을 포함한다.

본 발명에 따른 주행장치는, 상기 구동모터(14)를 상기 복수개의 탄성궤도 (12)에 일대일 대응되도록 복수개로 하여 동체(10)에 탑재시키고, 각 구동모터(14)의 회전축에 상기 탄성궤도(12)에 이물림된 웜기어(16)를 축설하여 해당 탄성궤도 (12)를 독립적으로 제어시킬 수 있도록 구성된다.

그리고 상기 복수개의 탄성궤도(12)는 회전 구동시 상기 웜기어(16)에서 이탈되는 것을 방지하기 위해 상기 동체(10)에 회전가능하게 설치된 안내롤러(18)에 의해 탄성궤도(10)의 회전이 안내 지지되도록 구성되고, 상기 동체(10)에는 관 내벽의 검사에 필요한 화상정보를 얻기 위한 카메라(20)가 더 장착된다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 장 내 주행장치의 사시도.

도 2는 도 1의 A-A선에서 본 단면도.

도 3은 도 1의 B-B선에서 본 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 장 내 주행장치의 사용상태도.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 장내 주행장치의 횡단면도.

도 6은 도 5의 C-C선에서 본 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 동체 12 : 탄성궤도

12a : 치형 14 : 구동모터

16 : 웜기어 20 : 카메라

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 제1실시예에 관련된 도면으로, 도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 장 내 주행장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A선에서 본 단면도이고, 도 3은 도 1의 B-B선에서 본 단면도이다.

도 1내지 도 4에서 도면 부호 10은 관(1)내를 이동하는 동체이다.

상기 동체(10)는 도 4와 같이 관(또는 장)(1) 내에 삽입가능한 적당한 크기를 갖고 있고, 이 동체(10)의 둘레에는 관(1)의 내벽과 적정한 마찰을 가지는 4개의 탄성궤도(12)가 설치되어 있다.

상기 4개의 탄성궤도(12)는 장방향의 원형트랙을 유지하기에 적합토록 탄성력을 갖는 루프형으로서 도 3의 단면도에서와 같이 동체(10)에 방사형으로 배치되어 있고 관(1) 내벽과 적당한 마찰을 갖는다.

상기 복수의 탄성궤도(12)를 회전 구동시키기 위해, 상기 동체(10)에는 적어도 하나의 구동모터(14)가 탑재되어 있다. 제 1실시예에서는 도 2,3과 같이 하나의 구동모터(14)가 설치되어 있고, 제 2실시예에서는 도 5,6과 같이 탄성궤도(12) 4개를 독립적으로 회전시킬 수 있도록 4개의 구동모터(14)가 동체(10)에 탑재되어 있고, 따라서 4개의 구동모터(14)의 회전속도를 각기 제어하면 일대일 대응하는 해당 탄성궤도(12)의 구동속도를 개별 제어할 수 있어 주행장치(9)의 진행 방향을 제어할 수 있도록 되어 있다.

상기 구동모터(14)의 회전축에는 도 2,5와 같이 웜기어(16)가 축설되어 있고, 상기 탄성궤도(12)에는 상기 웜기어(16)의 치형과 이물림되도록 탄성궤도(12)의 표면에 도 4와 같이 길이방향에 대해 일정 피치마다 일정한 각도로 배열된 돌출형 치형(12a)을 구비하고 있다.

그리고 상기 복수개의 탄성궤도(12)는 회전구동시 상기 웜기어(16)에서 이탈되는 것을 방지하기 위해 해당 안내롤러(18)에 의해 회전이 안내 지지되게 되어 있고, 상기 안내롤러(18)는 상기 동체(10)에 회전가능하게 설치되어 있다.

한편, 상기 동체(10)에는 관 내벽의 검사에 필요한 화상정보를 얻기 위한 촬영수단으로 카메라(20)가 더 장착되어 있다.

본 발명의 제1,2실시예에서는 카메라(20)가 동체(10)의 최전방에 위치하고 있고, 이 카메라(20)의 후방으로 구동모터(14)가 배치되어 있다.

이와 같이 구성된 본 실시예의 작동상태를 설명한다.

도 1에서 구동모터(14)가 어느 한 방향으로 구동되면, 구동모터(14)의 회전축에 축설된 웜기어(16)가 회전하고, 이 웜기어(16)에 이맞물림된 4개의 탄성궤도 (12)가 동체(10)의 길이방향을 따라 회전한다. 즉 탄성궤도(12)는 동체(10)의 종방향으로 회전한다.

탄성궤도(12)가 관(1) 내 벽면과 마찰을 가지고 회전하므로서 주행장치(9)가 관(1) 내를 주행하게 되고, 이때 주행장치(9)의 주행방향은 구동모터(14)의 회전방향을 정,역회전 제어함으로 이루어진다.

따라서 도 4와 같이 유연하게 협착된 장 내에서 주행장치(9)가 장 벽벽과 흡착되더라도 지지력을 효과적으로 발휘하면서 이동을 실현할 수 있다.

한편, 도 5,6과 같이 구동모터(14)가 4개의 탄성궤도(12)에 대응되는 숫자로 배치되어 있는 경우에는 각 탄성궤도(12)는 해당 구동모터(14)의 회전속도 따라 서로 다른 속도차로 회전 구동한다.

각 구동모터(14)의 회전속도를 제어함으로서 주행장치(9)의 방향 전환을 수행할 수 있고, 따라서 주행장치(9)가 휘어진 관 내부를 통과할 수 있다.

그리고 주행장치(9)는 주행중 카메라(20)를 통해 관 내벽의 화상정보를 외부로 제공하게 된다.

상기 실시예에서는 동체(10)에 4개의 탄성궤도(12)를 설치하였으나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 탄성궤도(12)를 3개로 배치 구성하거나 동체(10)의 최대 직경을 고려하여 그 이상으로 구성할 수도 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 관 내 주행장치에 따르면, 동체에 방사형으로 의 복수개의 탄성궤도를 설치하고, 이 탄성궤도를 간단한 동력전달수단을 통해 원하는 방향으로 회전시켜서 전,후진 및 곡 관 내에서 이동하기 때문에 지지력에 따른 이동성능이 우수하고, 장 내와 같은 협착력에서도 방향전환과 이동을 수행할 수있다.

Claims (5)

1. 좁고 긴 관 내에 삽입되어 원하는 방향으로 주행되는 장치로서,

   상기 관(1) 내에 삽입가능한 적당한 크기를 갖는 동체(10)와;

   상기 동체(10)에 방사형으로 배치되고, 탄성력을 가지며 관(1) 내벽과 적당한 마찰을 가지는 복수개의 탄성궤도(12)와;

   상기 탄성궤도(12)를 구동시키기 위해 상기 동체(10)에 탑재된 구동수단을 포함한 것을 특징으로 하는 탄성루프형 궤도를 이용한 장 내 주행장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 구동수단은

   상기 동체(10)에 탑재된 하나의 구동모터(14)와;

   상기 구동모터(14)의 회전축에 축설된 웜기어(16)와;

   상기 웜기어(16)의 치형과 이물림되도록 상기 탄성궤도(12)의 표면에 길이방향에 대해 일정 피치마다 일정한 각도로 배열된 치형(12a)을 포함한 것을 특징으로 하는 탄성루프형 궤도를 이용한 장 내 주행장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 구동모터(14)를 상기 복수개의 탄성궤도(12)에 일대일 대응되도록 복수개로 하여 동체(10)에 탑재시키고, 각 구동모터(14)의 회전축에 상기 탄성궤도(12)에 이물림된 웜기어(16)를 축설하여 해당 탄성궤도(12)를 독립적으로 제어시킬 수있도록 구성한 것을 특징으로 하는 탄성루프형 궤도를 이용한 장 내 주행장치.
4. 제 1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 복수개의 탄성궤도(12)는 회전 구동시 상기 웜기어(16)에서 이탈되는 것을 방지하기 위해 상기 동체(10)에 회전가능하게 설치된 안내롤러(18)에 의해 탄성궤도(10)의 회전이 안내 지지되도록 한 것을 특징으로 하는 탄성루프형 궤도를 이용한 장 내 주행장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 동체(10)에는 관 내벽의 검사에 필요한 화상정보를 얻기 위한 카메라 (20)가 더 장착된 것을 특징으로 하는 탄성루프형 궤도를 이용한 장 내 주행장치.